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技術文章
超硬刀具材料應用前景廣闊
點擊次數：2143 發布時間：2010-12-2
隨著材料工業及精密機械工業的發展，精密切削、超精密切削和難切削材料使用的增多，超硬刀具材料的應用日益廣泛。 超硬材料刀具具有工效高、使用壽命長和加工質量好等特點，過去主要用于精加工，近幾年來由于改進了人造超硬刀具材料的生產工藝，控制了原料純度和晶粒尺寸，采用了復合材料和熱壓工藝等，應用范圍不斷擴大，除適于一般的精加工和半精加工外，還可用于粗加工，被上*為是當代提高生產率zui有希望的刀具材料之一。 利用超硬材料加工鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金等零件，其切削速度可比硬質合金高一個數量級，刀具壽命可比硬質合金高幾十、甚至幾百倍。同時它的出現，還使傳統的工藝概念發生變化，利用超硬刀具常常可直接以車、銑代磨（或拋光），對淬硬零件加工，可用單一工序代替多道工序，大大縮短工藝流程。<BR> < 超硬刀具材料發展概況
超硬刀具材料是指天然金剛石及硬度、性能與之相近的人造金剛石和CBN（立方氮化硼）。由于天然金剛石價格比較昂貴，所以生產上大多采用人造聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它們的復合材料。 <BR>
早在50年代，美國就利用人造金剛石微粉和人造CBN微粉在高溫、高壓、觸媒和結合劑的作用下燒結成尺寸較大的聚晶塊作為刀具材料。之后，南非戴比爾（DeBeers）公司、前蘇聯和日本也相繼研制成功。70年代初又推出了金剛石或CBN和硬質合金的復合片，它們是在硬質合金基體上燒結或壓制一層0.5mm～1mm的PCD或PCBN而成，從而解決了超硬刀具材料抗彎強度低、鑲焊困難等問題，使超硬刀具的應用進入實用階段。目前，又出現了人工合成大單晶金剛石，以及用CVD（化學氣相沉積）法制出的金剛石薄膜涂層和金剛石厚膜等功能性材料，大大拓寬了超硬刀具材料的應用領域。
我國超硬刀具材料的研究與應用開始于70年代，并于1970年在貴陽建造了我國*座超硬材料及制品的專業生產廠??第六砂輪廠，從1970～1990年整整20年中，超硬材料年產量僅從46萬克拉增至3500萬克拉。90年代前后不少超硬材料生產專業廠從國外引進了成套的超硬材料合成設備及技術，產量得到迅速發展，至1997年我國人造金剛石年產量就已達到5億克拉左右，CBN年產量達800萬克拉，躍居世界上超硬材料生產大國。<BR>
超硬刀具材料性能 金剛石具有*的硬度和耐磨性，其顯微硬度可達10000HV，是刀具材料中zui硬的材料。同時它的摩擦系數小，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出，熱導率高，切削時不易產生積屑瘤，加工表面質量好。能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、末燒結的硬質合金、各種纖維和顆粒加強的復合材料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨的木材（尤其是實心木和膠合板等復合材料）。
金剛石的缺點是韌性差，熱穩定性低。700℃～800℃時容易碳化，故不適于加工鋼鐵材料。因為在高溫下鐵原子容易與碳原子作用而使其轉化為石墨結構。此外，用它切削鎳基合金時，同樣也會迅速磨損。 CBN的硬度僅次于金剛石（可達8000HV～9000HV），并且熱穩定性高（達1250℃～1350℃），對鐵族元素化學惰性大，抗粘結能力強，而且用金剛石砂輪即可磨削開刃，故適于加工各種淬硬鋼、熱噴涂材料、冷硬鑄鐵和35HRC以上的鈷基和鎳基等難切削材料。
超硬刀具材料是指天然金剛石及硬度、性能與之相近的人造金剛石和CBN（立方氮化硼）。由于天然金剛石價格比較昂貴，所以生產上大多采用人造聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它們的復合材料。 <BR>
早在50年代，美國就利用人造金剛石微粉和人造CBN微粉在高溫、高壓、觸媒和結合劑的作用下燒結成尺寸較大的聚晶塊作為刀具材料。之后，南非戴比爾（DeBeers）公司、前蘇聯和日本也相繼研制成功。70年代初又推出了金剛石或CBN和硬質合金的復合片，它們是在硬質合金基體上燒結或壓制一層0.5mm～1mm的PCD或PCBN而成，從而解決了超硬刀具材料抗彎強度低、鑲焊困難等問題，使超硬刀具的應用進入實用階段。目前，又出現了人工合成大單晶金剛石，以及用CVD（化學氣相沉積）法制出的金剛石薄膜涂層和金剛石厚膜等功能性材料，大大拓寬了超硬刀具材料的應用領域。
我國超硬刀具材料的研究與應用開始于70年代，并于1970年在貴陽建造了我國*座超硬材料及制品的專業生產廠??第六砂輪廠，從1970～1990年整整20年中，超硬材料年產量僅從46萬克拉增至3500萬克拉。90年代前后不少超硬材料生產專業廠從國外引進了成套的超硬材料合成設備及技術，產量得到迅速發展，至1997年我國人造金剛石年產量就已達到5億克拉左右，CBN年產量達800萬克拉，躍居世界上超硬材料生產大國。<BR>
超硬刀具材料性能 金剛石具有*的硬度和耐磨性，其顯微硬度可達10000HV，是刀具材料中zui硬的材料。同時它的摩擦系數小，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出，熱導率高，切削時不易產生積屑瘤，加工表面質量好。能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、末燒結的硬質合金、各種纖維和顆粒加強的復合材料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨的木材（尤其是實心木和膠合板等復合材料）。
金剛石的缺點是韌性差，熱穩定性低。700℃～800℃時容易碳化，故不適于加工鋼鐵材料。因為在高溫下鐵原子容易與碳原子作用而使其轉化為石墨結構。此外，用它切削鎳基合金時，同樣也會迅速磨損。 CBN的硬度僅次于金剛石（可達8000HV～9000HV），并且熱穩定性高（達1250℃～1350℃），對鐵族元素化學惰性大，抗粘結能力強，而且用金剛石砂輪即可磨削開刃，故適于加工各種淬硬鋼、熱噴涂材料、冷硬鑄鐵和35HRC以上的鈷基和鎳基等難切削材料。